Het ontstaan van het leven

Inleiding

Niet alleen nu, maar ook in de oudheid en daarvoor probeerden wetenschappers en filosofen verklaringen te vinden voor verschijnselen die ze waarnamen.
Een voorbeeld hiervan is de theorie van de middeleeuwse arts en theoloog Paracelsus, over hoe je een mens zou kunnen maken.

 

Niet-natuurwetenschappelijke benadering

Heel lang konden mensen zich moeilijk voorstellen hoe er planten, dieren en mensen op de wereld kwamen. Een geboorte werd beschouwd als een wonder.
Zoiets kon niet het resultaat van toeval zijn, maar moest wel een goddelijke oorsprong hebben, dacht men.

Mensen uit verschillende culturen bedachten theorieën over hoe het leven ontstaan is. Geen van deze theorieën is gebaseerd op wetenschappelijke experimenten; ze zijn dus niet wetenschappelijk. Dat zou alleen het geval kunnen zijn als het bestaan van een God of van meerdere goden ook deel zou uitmaken van een hypothese en getoetst zou kunnen worden.

Fixisme

Fixisme houdt in dat het universum en de aarde, maar ook alle planten, dieren en de mens,  hun ontstaan te danken hebben aan een scheppingsdaad en daarna niet meer zijn veranderd.

Fixisme is van groot belang geweest voor biologisch onderzoek. De Zweed Carolus Linnaeus (1707 - 1778), de grondlegger van het indelen en benoemen van soorten, was een echte fixist. Tegenover fixisme staat evolutie, waarbij het juist gaat om de geleidelijke ontwikkeling van het leven op aarde.

Buitenaardse oorsprong

Een andere theorie is dat het leven op aarde een buitenaardse oorsprong heeft. In 1901 kwam de Zweed Arrhenius met de Panspermiatheorie, waarin hij oppert dat het leven niet op aarde zelf is ontstaan. Levenskiemen zouden via meteorieten en interplanetair stof op aarde terechtgekomen kunnen zijn en zo de basis hebben gelegd voor het leven op onze planeet.

De Engelse wetenschapper Francis Crick, de ontdekker van de DNA-structuur, veronderstelde dat intelligente wezens uit het heelal ooit een onbewoonde aarde aantroffen en er micro-organismen hebben gezaaid.

Deze visie verklaart overigens nog niet hoe het leven op zich ontstaan is.
Het is niet mogelijk deze hypotheses te toetsen. We rekenen ze daarom niet tot de natuurwetenschap.

Natuurwetenschappelijke benadering

Bron: paling.nl

De Griekse filosoof Aristoteles (384 -322 voor Christus) kan worden gezien als de eerste wetenschapper die probeerde om door systematisch onderzoek tot steeds nauwkeurigere antwoorden te komen.
Hij hanteerde een analytische, inductieve manier van denken: met andere woorden: hij leidde een algemeen geldende waarheid af uit de waarneembare werkelijkheid.

Zijn mogelijkheden tot onderzoeken waren beperkt en zijn conclusies waren dan ook niet altijd juist. Het viel hem bijvoorbeeld op dat palingen gevonden werden op warme, vochtige plaatsen in de modder. Hij maakte daaruit op dat palingen voortkwamen uit de ingewanden van de aarde.

Generatio spontanea

Vroegere wetenschappers kwamen tot de conclusie dat leven spontaan uit levenloze materie kon ontstaan. Dit heet generatio spontanea. Zo zouden vliegen ontstaan uit afval, rottend vlees en hout. Maar ook schelpdieren, amfibieën, reptielen en zoogdieren konden vanzelf ontstaan mits de juiste combinatie van stoffen en omstandigheden aanwezig waren, dacht men.
De generatio spontanea had veel volgelingen, waaronder Aristoteles.

In de zeventiende eeuw werd men kritischer ten aanzien van de generatio spontanea-theorie. Zo toonde de Italiaanse onderzoeker Redi (1626 - 1694) aan dat vliegen groeien uit eitjes, die in het vlees gelegd zijn door andere vliegen.
Bij nader inzien bleken ook wormen, luizen, kikkers, vissen, muizen en nog vele andere diersoorten voort te komen uit eieren of volwassen dieren.

Toch kwam het idee van generatio spontanea weer om de hoek kijken toen Antonie van Leeuwenhoek (1632 - 1723) met zijn net uitgevonden microscoop heel kleine wezentjes ontdekte. Hij kon niet verklaren hoe deze “kleine diertgens” in het water waren ontstaan. In de 19e eeuw toonde De Fransman Pasteur (1822 - 1895) echter overtuigend aan dat generatio spontanea ook bij microscopische organismen niet voorkomt.

Ontstaan van leven uit oersoep

Stanley Miller toonde experimenteel aan
dat er aminozuren werden gevormd als
elektrische lading werd geleid door een
verzameling gassen zoals die aanwezig
was in de oeratmosfeer.
In het Miller-Urey experiment bootste men de atmosferische
omstandigheden na die 4 miljard jaar geleden heersten.
Het bleek dat organische verbindingen kunnen ontstaan door
eenvoudige fysische processen uit simpele anorganische
chemische bouwstenen.

Wetenschappers denken dat zo’n vier miljard jaar geleden de omstandigheden zodanig waren dat leven op aarde kon ontstaan. De temperatuur was niet extreem en bliksemschichten schoten door de oeratmosfeer, die bestond uit gassen als ammoniak, methaan, waterdamp, stikstof, koolstofdioxide en waterstofsulfide. Er waren ondiepe waterpoelen met daarin grote concentraties aan mineralen. Ultraviolet licht kon vrijwel onbelemmerd het aardoppervlak bereiken, omdat er nog geen ozonlaag bestond (er was nog geen zuurstof).

Men denkt dat in de oersoep, het oorspronkelijke levenloze mengsel van gassen en vloeistoffen, de eerste organische stoffen zijn ontstaan. De afwezigheid van zuurstofmoleculen is daarbij cruciaal; de organische stoffen zouden door zuurstof namelijk onmiddellijk geoxideerd zijn en niet verder zijn ontwikkeld.

De energie die voor de synthese van moleculen nodig is, werd geleverd door de zon en door elektrische ontladingen tijdens onweer. Stanley Miller en Harald Urey hebben in 1953 deze oeromstandigheden experimenteel nagebootst. Binnen enkele dagen ontstonden nieuwe gasvormige moleculen, zoals N2 en CO2, maar ook allerlei organische zuren zoals aminozuren.

Inmiddels is duidelijk dat de oeratmosfeer een andere samenstelling had dan Miller en zijn collega’s dachten en veel minder reactief was. Daarmee is de letterlijke uitkomst van zijn experiment niet meer van doorslaggevende betekenis. Niettemin heeft hij aangetoond, dat de eerste stappen in de oorsprong van het leven niet zulke grote chemische stappen waren, als altijd werd gedacht.

Chemische evolutie

Kenmerken van leven zijn voortplanting en het aanpassen aan veranderingen in de omgeving op zowel op korte (adaptatie) als lange termijn (evolutie).
Er is een stof nodig om erfelijke informatie door te geven aan de volgende generatie. Bij latere experimenten die de oeratmosfeer nabootsten, bleken naast aminozuren inderdaad ook brokstukken van RNA te ontstaan.
Bovendien zijn meteorieten gevonden met bestanddelen van RNA en DNA.

De vraag wat er eerder was, DNA/RNA of eiwit, is lang een kip-of-het-ei-kwestie geweest. DNA en RNA zijn nodig om eiwitten te laten ontstaan, terwijl eiwitten als enzym nodig zijn om DNA en RNA op te bouwen. Hoe dit precies verlopen is tijdens de vroegste geschiedenis van het leven is niet bekend, maar tegenwoordig gaat men er van uit dat RNA er het eerst was.

Ook experimenten om zelf leven te maken uit niet levende materie zijn tot dusver op niets uitgelopen. Niettemin neemt men op grond van experimenten en de samenstelling van meteorieten aan, dat er in de oertijd een chemische evolutie is geweest, die geleid heeft tot het ontstaan van het leven.

Emergente eigenschap

De cel die ontstond uit een samenspel tussen de verschillende moleculen, was tot veel meer in staat dan de afzonderlijke componenten.
Bij de overgang van het organisatieniveau van molecuul naar cel zorgt het ingewikkelde samenspel van de individuele moleculen voor nieuwe eigenschappen; de levenskenmerken van de cel. Men noemt dit emergentie. `Leven` is dus een emergente eigenschap. De individuele moleculen leven niet, maar dankzij alle interacties tussen al die moleculen kan de cel zich in leven kan houden.

Andere voorbeelden van dit verschijnsel:
Alle cellen in jouw lichaam vormen je als mens; mens zijn is een emergente eigenschap. Om te ademen zijn meerdere organenstelsels nodig (b.v. spierstelsel, zenuwstelsel); die stelsels ademen niet.
Een organisme kan niet evolueren, een populatie wel.

  • Het arrangement Het ontstaan van het leven is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    VO-content
    Laatst gewijzigd
    29-04-2021 14:09:07
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    De Kennisbanken bevatten de theorie bij de opdrachten.
    Leerinhoud en doelen
    Biologie;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Wikiwijs is een dienst van